一种基于磁致伸缩导波的缆索内部积水检测方法及系统转让专利
申请号 : CN202011473104.6
文献号 : CN112629617B
文献日 : 2022-04-05
发明人 : 徐江 , 李云飞 , 张智豪
申请人 : 华中科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于磁致伸缩导波的缆索内部积水检测方法,其特征在于,该方法的原理为利用磁致伸缩导波进行检测时,一部分导波能量从缆索泄漏到水中使得导波的衰减增大,水的多少影响导波衰减程度进而影响缆索下锚头反射回波的峰峰值,依据反射信号的波包峰峰值检测缆索内部的积水状态,该方法包括如下步骤:S1在不同积水长度下的缆索标样上激励导波并采集导波信号,提取导波信号中缆索下锚头第一次反射的信号波包峰峰值,根据积水长度及其对应的信号波包峰峰值拟合得到积水长度与信号波包峰峰值的关系曲线;
S2在待测缆索上激励导波并采集导波信号,提取导波信号中缆索下锚头第一次反射的信号波包峰峰值,根据该波包峰峰值及所述关系曲线得到待测缆索内部的积水长度,以此完成缆索内部积水状态的检测。
2.如权利要求1所述的基于磁致伸缩导波的缆索内部积水检测方法,其特征在于,步骤S1中,利用检测模块实现导波的激励及导波信号的采集,该检测模块包括导波换能器及与其相连的磁致伸缩导波仪器,所述导波换能器安装在缆索上,其距离缆索下锚头上方预设距离L处。
3.如权利要求2所述的基于磁致伸缩导波的缆索内部积水检测方法,其特征在于,步骤S1中积水长度范围为0~L。
4.一种基于磁致伸缩导波的缆索内部积水检测系统,其特征在于,该系统的检测原理为利用磁致伸缩导波进行检测时,一部分导波能量从缆索泄漏到水中使得导波的衰减增大,水的多少影响导波衰减程度进而影响缆索下锚头反射回波的峰峰值,依据反射信号的波包峰峰值检测缆索内部的积水状态,该系统包括:检测模块,用于对不同积水长度下的缆索标样进行导波激励并采集导波信号,然后提取导波信号中缆索下锚头第一次反射的信号波包峰峰值;还用于对待测缆索进行导波激励并采集导波信号,并提取导波信号中缆索下锚头第一次反射的信号波包峰峰值;
模拟模块,用于根据缆索标样的积水长度及其对应的信号波包峰峰值拟合得到积水长度与信号波包峰峰值的关系曲线;还用于根据测得的待测缆索的波包峰峰值及所述关系曲线得到待测缆索内部的积水长度,以此完成缆索内部积水状态的检测。
5.如权利要求4所述的基于磁致伸缩导波的缆索内部积水检测系统,其特征在于,所述检测模块包括导波换能器及与其相连的磁致伸缩导波仪器,所述导波换能器安装在缆索上,其距离缆索下锚头上方预设距离L处。
6.如权利要求5所述的基于磁致伸缩导波的缆索内部积水检测系统,其特征在于,缆索标样检测时,积水长度范围为0~L。
说明书 :
一种基于磁致伸缩导波的缆索内部积水检测方法及系统
技术领域
背景技术
将导致缆索的内部出现积水,从而引发缆索钢丝的锈蚀乃至断裂。为了避免这种安全隐患,
应对其内部积水状态进行检测。
了一些解决方案,例如专利CN201120328304.2公开了一种能感知内部湿度的桥梁用智能缆
索,其在缆索内部预埋光纤湿度传感器,通过光纤湿度传感器检测缆索内部的湿度状况,该
种设计需要在缆索制作过程中提前预埋,成本高,且无法用于已经投入使用的缆索。再如专
利CN201610438580.1公开了一种内窥式缆索锈蚀检测方法及检测装置,其使用微型内窥装
置上的摄像头和温湿度传感器,探测缆索内部的状态,需使用专用的仪器,检测过程复杂。
因此,本领域技术人员仍需进行研究,以获得一种更简单、更实用、低成本的积水检测技术。
发明内容
具有易于实施,检测结果可靠,适用性较强等优点。
到积水长度与信号波包峰峰值的关系曲线;
以此完成缆索内部积水状态的检测。
上,其距离缆索下锚头上方预设距离L处。
激励并采集导波信号,并提取导波信号中缆索下锚头第一次反射的信号波包峰峰值;
系曲线得到待测缆索内部的积水长度,以此完成缆索内部积水状态的检测。
操作简单。
缆索内部积水的大批量快速检测。
附图说明
具体实施方式
用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼
此之间未构成冲突就可以相互组合。
出利用磁致伸缩导波法检测缆索内部积水,磁致伸缩导波具有非破坏性、适用性强、检测速
度快和检测精度高的特点,而开窗检测具有破坏性、预埋湿度传感器对已服役缆索不适用、
内窥检测复杂且速度慢的缺陷。目前,本领域未有人将导波应用于缆索内部积水检测,而本
发明尝试将其用于缆索积水状态的检测,并提出以缆索下锚头第一次反射信号的波包峰峰
值为测试依据,实现缆索积水长度的有效检测。之所以这样设计是因为本发明的发明人在
研究中发现,若缆索内部有水的存在,利用磁致伸缩导波进行检测时,会有一部分导波能量
从缆索钢丝泄露到水中去,使得导波的衰减增大,水的多少影响导波衰减程度,进而影响缆
索下锚头反射回波的峰峰值,故可依据反射信号的波包峰峰值检测缆索内部的积水状态。
器采集,将导波换能器连接到磁致伸缩导波仪器,使用磁致伸缩导波仪器产生激励信号并
同时采集导波换能器转换的电信号;从无水到积水达预设长度,按一定的步长向缆索标样
内部灌入水,使用磁致伸缩导波仪器激励并获取导波信号,并从获取的导波信号中提取缆
索的下锚头1第一次反射的信号波包峰峰值,然后根据积水长度及其对应的信号波包峰峰
值拟合得到积水长度与信号波包峰峰值的关系曲线。
处,导波换能器包括永磁偏置磁化器4及线圈5,永磁偏置磁化器为若干个,依靠自身磁性吸
附在缆索表面,围绕其一圈,线圈为可开合的线圈,设置在永磁偏置磁化器内部的空隙处。
锚头的下方安装密封结构6,沿着缆索的上端部向内注水,水的存在导致钢丝的边界条件发
生变化,一部分导波将泄漏到水中,水的增加导致导波泄露的能量增加,导致反射回导波换
能器的信号幅值发生改变,基于此可以判断缆索内部的积水状态。所检测的积水的范围在
导波换能器至缆索下锚头的区间内,取导波换能器至缆索下锚头的长度(具体为下锚头的
下端面到导波换能器的中部)为L,所测积水长度取值范围为0~L。
励出的导波同时向上和向下传播,其中向下传播的经下锚头反射,从而被换能器接收到的
即为下锚头第一次反射的信号,第一次反射的信号的传播路径正为积水的检测范围,后面
的反射信号是经过上下锚头多次反射,分析较为复杂且精度不高。获取一组缆索在不同积
水长度下的导波信号,再求取该组信号的下锚头第一个反射信号波包的峰峰值,对峰峰值
大小和积水长度的关系进行曲线拟合,得到积水长度与缆索下锚头第一次反射的导波信号
波包峰峰值之间的关系曲线。具体可采用指数函数进行拟合,如下式,其中Vpp为下锚头第一
个反射信号波包的峰峰值,l为积水长度,e为自然常数,a、b、c为拟合待求解的系数:
过待测缆索下锚头第一次反射的信号波包峰峰值,根据该波包峰峰值和参考曲线,得到待
测缆索的积水长度,完成缆索的内部积水状态检测,当待测缆索内部积水长度接近0mm时,
说明该缆索的健康状态越好。在获取信号波包峰峰值时,本发明优选取下锚头第一次反射
的信号波包峰峰值,该信号未经多次反射,分析简单且精度高。
波信号,然后提取导波信号中缆索下锚头第一次反射的信号波包峰峰值;还用于对待测缆
索进行导波激励并采集导波信号,并提取导波信号中缆索下锚头第一次反射的信号波包峰
峰值;模拟模块用于根据缆索标样的积水长度及其对应的信号波包峰峰值拟合得到积水长
度与信号波包峰峰值的关系曲线;还用于根据测得的待测缆索的波包峰峰值及所述关系曲
线得到待测缆索内部的积水长度,以此完成缆索内部积水状态的检测。
的底部1000mm处,激励信号为3周期的中心频率为60kHz的正弦信号;对缆索标样从无水按
固定的步长向内部逐步加水,每加入200mm长度的水,从无水直到1000mm,使用磁致伸缩导
波仪器进行信号采集,得到的6组信号如图3所示,再求取每组信号下锚头第一个反射信号
波包的峰峰值,对峰峰值大小和积水长度的关系进行指数拟合,获得积水长度与下锚头第
一个反射信号波包峰峰值之间的关系曲线,如图4所示。
如图6所示,该值在步骤S1获得参考曲线中对应的横坐标为489.2,即测量得到积水长度为
489.2mm,因此待测缆索内部存在积水,有锈蚀风险,存在安全隐患,需要在缆索的锚杯处开
孔做排水处理,如果排出的水中出现锈迹,则需对缆索进行全面的检测和养护。
与缆索标样参考曲线作比较,可以有效地测量缆索内部的积水状态。
14.25V,如图8所示,该值在步骤S1获得参考曲线中对应的横坐标为0,即测量得到积水长度
为0mm,因此待测缆索内部不存在积水,其状态为健康。
本发明方法易于实施,检测结果可靠,可用于桥梁斜拉索、吊索等各类缆索的内部积水检
测,适用性强。
在本发明的保护范围之内。